《可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目系統(tǒng)能效檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》解讀

楊露露，楊柳，盧軍

（重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400030）

1 編制背景

為了貫徹落實(shí)國(guó)家可再生能源建筑應(yīng)用和保護(hù)環(huán)境的有關(guān)法規(guī)政策，增強(qiáng)社會(huì)應(yīng)用可再生能源的意識(shí)，促進(jìn)重慶地區(qū)可再生能源建筑應(yīng)用事業(yè)的健康發(fā)展，指導(dǎo)可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目系統(tǒng)能效的檢測(cè)，需要制定一個(gè)適用于可再生能源建筑應(yīng)用的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

重慶市作為全國(guó)可再生能源建筑應(yīng)用示范城市之一，有著豐富的地?zé)崮堋⒌乇硭瓤稍偕茉?，隨著可再生能源在建筑中的應(yīng)用不斷增多，有必要針對(duì)重慶市可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目制定檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目系統(tǒng)能效的檢測(cè)工作。重慶大學(xué)建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心自2009年承擔(dān)重慶市可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目測(cè)評(píng)工作以來(lái)，先后對(duì)涪陵CBD、中國(guó)人民銀行重慶營(yíng)業(yè)管理部新建附屬用房及其它特殊用房、西南大學(xué)育才學(xué)院學(xué)生宿舍等10余個(gè)水源熱泵（含江水湖和湖水源）、土壤源熱泵及太陽(yáng)能熱利用項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，相比于國(guó)內(nèi)其他地區(qū)而言，重慶的氣候條件、冷熱源系統(tǒng)形式均存在較大差異，亟待制定適應(yīng)本地條件的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。2012年6月，受重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)委托，由重慶大學(xué)負(fù)責(zé)，經(jīng)過(guò)一年多的努力，于2014年3月完成重慶市 《可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目系統(tǒng)能效檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》的編制工作，并通過(guò)了重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)組織的專家評(píng)審。

2 主要內(nèi)容

該標(biāo)準(zhǔn)主要由總則、術(shù)語(yǔ)、基本規(guī)定、太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)、室內(nèi)溫濕度及附錄等內(nèi)容組成，適用于重慶市可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目系統(tǒng)能效的檢測(cè)，包括應(yīng)用太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)的新建、擴(kuò)建和改建工程。

2.1 太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)檢測(cè)

太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能，進(jìn)行供熱、制冷等應(yīng)用的系統(tǒng)，在建筑中主要包括太陽(yáng)能供熱水、空調(diào)系統(tǒng)和采暖。

2.1.1 檢測(cè)條件

太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)應(yīng)按原設(shè)計(jì)要求安裝調(diào)試合格，檢測(cè)前正常運(yùn)行時(shí)間不小于3天。太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的測(cè)試分為長(zhǎng)期測(cè)試和短期測(cè)試。本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩種測(cè)試方法的測(cè)試時(shí)間和測(cè)試條件進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。需要注意的是，短期測(cè)試期間，為了保證太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)高效運(yùn)行以及能夠使測(cè)試結(jié)果具有代表性，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)測(cè)試期間室外環(huán)境的平均溫度變化范圍應(yīng)在年平均環(huán)境溫度的±10℃之間，太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)測(cè)試期間室外環(huán)境的平均溫度變化范圍應(yīng)在供暖室外計(jì)算溫度和12℃之間（太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)），太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)測(cè)試期間室外環(huán)境的平均溫度變化范圍應(yīng)在25℃和夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度之間。短期測(cè)試時(shí)，太陽(yáng)輻照量測(cè)試時(shí)間不應(yīng)小于4d，每一太陽(yáng)輻照量區(qū)間測(cè)試天數(shù)不應(yīng)少于1d。

重慶地區(qū)陰雨天氣較多，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度相對(duì)較弱，因此有必要結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件，對(duì)《可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目測(cè)評(píng)導(dǎo)則》太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的檢測(cè)條件進(jìn)行修正。重慶地區(qū)太陽(yáng)能輻照量區(qū)間可劃分為:

（1）太陽(yáng)輻照量小于6MJ/(m2·d)；

（2）太陽(yáng)輻照量大于等于6MJ/(m2·d)且小于10MJ/(m2·d)；

（3）太陽(yáng)輻照量大于等于10MJ/(m2·d)且小于14MJ/(m2·d)；

（4）太陽(yáng)輻照量大于等于14MJ/(m2·d)。

對(duì)于集熱器安裝角度、局部氣象條件等原因?qū)е绿?yáng)輻照量難以達(dá)到14MJ/(m2·d)的工程，可由檢測(cè)機(jī)構(gòu)、委托單位等有關(guān)各方根據(jù)實(shí)際情況對(duì)太陽(yáng)輻照量的測(cè)試條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，但測(cè)試天數(shù)不得少于4d，測(cè)試期間的太陽(yáng)能輻照量應(yīng)均勻分布。

《民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中指出，“集熱器傾角應(yīng)與當(dāng)?shù)鼐暥纫恢?，如系統(tǒng)側(cè)重在夏季使用，其傾角宜為當(dāng)?shù)鼐暥葴p10°；如系統(tǒng)側(cè)重在冬季使用，其傾角宜為當(dāng)?shù)鼐暥燃?0°?！敝貞c地理緯度為29.58°，且重慶地區(qū)夏季太陽(yáng)輻射遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冬季太陽(yáng)輻射，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)側(cè)重于在夏季使用，因此若按 《民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中的規(guī)定，重慶地區(qū)太陽(yáng)能集熱器的安裝傾角應(yīng)為29.58°或19.58°。

但理論模型推導(dǎo)與實(shí)測(cè)表明，隨著太陽(yáng)能集熱器傾斜角增大，集熱器上的太陽(yáng)輻射量逐漸減小。傾角為0°時(shí)，集熱器得到的月平均日太陽(yáng)輻射量最大；傾角為90°時(shí)，集熱器得到的月平均日太陽(yáng)輻射量最小。為了獲得更多的太陽(yáng)輻射量，從全年范圍來(lái)看，重慶地區(qū)太陽(yáng)能集熱器的最佳安裝傾斜角為0°，即水平安裝。但同樣集熱量下，占用屋頂面積比最大。

2.1.2 檢測(cè)方法

（1）集熱系統(tǒng)效率

集熱系統(tǒng)效率的測(cè)試項(xiàng)目包括集熱系統(tǒng)得熱量、太陽(yáng)總輻照量和集熱器總面積等。短期測(cè)試時(shí)，由于重慶地區(qū)天氣狀況的不確定性，當(dāng)測(cè)試期間一天中規(guī)定時(shí)間的輻射量很長(zhǎng)時(shí)間不能滿足本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，可以采取截取太陽(yáng)輻射量的方法，以部分時(shí)間的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行代替。

（2）貯熱水箱熱損因數(shù)

貯熱水箱熱損因數(shù)的測(cè)試時(shí)間應(yīng)持續(xù)24小時(shí)，從晚上20時(shí)開(kāi)始至次日20時(shí)結(jié)束。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)貯熱水箱熱損因數(shù)的測(cè)試條件和方法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，測(cè)試參數(shù)包括貯熱水箱的容量、水箱內(nèi)水的初始溫度、結(jié)束溫度、環(huán)境溫度等。需要注意的是，由于貯熱水箱一般體積較大，水箱中水溫會(huì)產(chǎn)生熱分層現(xiàn)象，在測(cè)試期間應(yīng)使水箱里上下層水充分混合，上下層水溫差不應(yīng)超過(guò)1.0K。

（3）太陽(yáng)能保證率

短期測(cè)試時(shí)，每日測(cè)試時(shí)間應(yīng)從上午8時(shí)開(kāi)始至次日8時(shí)結(jié)束。對(duì)于熱水系統(tǒng)，應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)供熱量或進(jìn)出水溫度、熱水流量等參數(shù)；對(duì)于供暖空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)供熱量或系統(tǒng)的供回水溫度和熱水流量等參數(shù)。采樣時(shí)間間隔不宜大于10s，人工讀數(shù)可將采樣間隔放寬至5－10min。可以用熱量表直接測(cè)量系統(tǒng)總能耗，或者通過(guò)測(cè)量流量、溫度等參數(shù)后用公式計(jì)算系統(tǒng)總能耗。

（4）太陽(yáng)能制冷性能系數(shù)

短期測(cè)試時(shí)，測(cè)試宜在制冷機(jī)組運(yùn)行工況穩(wěn)定后1h開(kāi)始，測(cè)試應(yīng)在上午8時(shí)至次日8時(shí)之間進(jìn)行，且連續(xù)測(cè)試4h即可。應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)制冷量或冷凍水供回水溫度和流量等參數(shù)，采樣時(shí)間間隔不得大于10s，記錄時(shí)間間隔不得大于600s?？梢杂脽崃勘碇苯訙y(cè)量制冷量，或者通過(guò)測(cè)量流量、溫度等參數(shù)后用公式計(jì)算制冷量。

制冷機(jī)組耗熱量長(zhǎng)期測(cè)試應(yīng)符合上文敘述。短期測(cè)試時(shí)，測(cè)試宜在制冷機(jī)組運(yùn)行工況穩(wěn)定后1h開(kāi)始，測(cè)試時(shí)間應(yīng)從上午8時(shí)開(kāi)始至次日8時(shí)結(jié)束。 應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)供給制冷機(jī)組的供熱量或熱源水的供回水溫度、流量等參數(shù)?？梢杂脽崃勘碇苯訙y(cè)量制冷機(jī)組耗熱量，或者通過(guò)測(cè)量流量、溫度等參數(shù)后用公式計(jì)算制冷機(jī)組耗熱量。

（5）供熱水溫度

短期測(cè)試時(shí)，測(cè)試應(yīng)從上午8時(shí)開(kāi)始至次日8時(shí)結(jié)束。應(yīng)測(cè)試并記錄系統(tǒng)的供熱水溫度，供熱水溫度應(yīng)取測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值。

2.2 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)檢測(cè)

太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)利用光生伏打效應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能，由太陽(yáng)能電池組、控制器、逆變器和蓄電池組成。

2.2.1 檢測(cè)條件

測(cè)試前，需要確保系統(tǒng)在正常負(fù)載條件下連續(xù)運(yùn)行3d或以上，且測(cè)試期間的系統(tǒng)的負(fù)載變化規(guī)律應(yīng)與設(shè)計(jì)文件一致。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)檢測(cè)分為長(zhǎng)期測(cè)試和短期測(cè)試。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩種測(cè)試方法的測(cè)試時(shí)間和測(cè)試條件進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。需要注意的是，由于重慶地區(qū)氣候的特殊性，在采用短期測(cè)試的方法時(shí)，若在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)環(huán)境溫度和太陽(yáng)總輻照度沒(méi)有完全滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試條件時(shí)，可以由檢測(cè)機(jī)構(gòu)、委托單位等有關(guān)各方根據(jù)實(shí)際情況對(duì)測(cè)試條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.2.2 檢測(cè)方法

太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率。光電轉(zhuǎn)換效率應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)每日發(fā)電量、光伏電池表面上的總太陽(yáng)輻照量、光伏電池板面積、光伏電池背板表面溫度、環(huán)境溫度和風(fēng)速等參數(shù)，采樣時(shí)間間隔不得大于10s。

對(duì)于獨(dú)立太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，應(yīng)在蓄電池組的輸入端接入電功率表，對(duì)于并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，應(yīng)在蓄電池組的輸出端接入電功率表。該標(biāo)準(zhǔn)5.2.2條詳細(xì)給出了太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換效率計(jì)算公式（式5.2.2）。

2.3 地源熱泵系統(tǒng)檢測(cè)

地源熱泵系統(tǒng)是以巖土體、地下水或地表水為低溫?zé)嵩矗伤礋岜脵C(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的供熱供冷系統(tǒng)。根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地表水地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地埋管地源熱泵系統(tǒng)。

2.3.1 檢測(cè)條件

地源熱泵系統(tǒng)的測(cè)試分為長(zhǎng)期測(cè)試和短期測(cè)試。對(duì)于已安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的地源熱泵系統(tǒng)，其系統(tǒng)性能測(cè)試宜采用長(zhǎng)期測(cè)試；對(duì)于供暖和空調(diào)工況應(yīng)分別進(jìn)行測(cè)試，長(zhǎng)期測(cè)試的周期與供暖季或空調(diào)季同步，測(cè)試前應(yīng)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度（主要傳感器）進(jìn)行校核和確認(rèn)。對(duì)于未安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的地源熱泵系統(tǒng)，其系統(tǒng)性能測(cè)試宜采用短期測(cè)試，短期測(cè)試應(yīng)在系統(tǒng)開(kāi)始供冷（供暖）15d以后進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)間不應(yīng)少于4d，系統(tǒng)性能測(cè)試宜在機(jī)組的負(fù)荷達(dá)到機(jī)組額定值60%以上進(jìn)行，熱泵機(jī)組的性能測(cè)試宜在機(jī)組的負(fù)荷達(dá)到機(jī)組額定值的80%以上進(jìn)行。室內(nèi)溫濕度的測(cè)試應(yīng)在建筑物達(dá)到熱穩(wěn)定后進(jìn)行，測(cè)試期間的室外溫度測(cè)試應(yīng)與室內(nèi)溫濕度的測(cè)試同時(shí)進(jìn)行。短期測(cè)試應(yīng)以24h為周期，每個(gè)測(cè)試周期具體測(cè)試時(shí)間應(yīng)根據(jù)熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間確定，但每個(gè)測(cè)試周期測(cè)試時(shí)間不宜低于8h。

2.3.2 檢測(cè)方法

地源熱泵系統(tǒng)的測(cè)試應(yīng)包括:室內(nèi)溫濕度、熱泵機(jī)組制熱性能系數(shù)（COP)和制冷能效比(EER）、熱泵系統(tǒng)制熱性能系數(shù)（COPsys)和制冷能效比（EERsys）。測(cè)試宜在熱泵機(jī)組運(yùn)行工況穩(wěn)定后1h進(jìn)行，測(cè)試時(shí)間不應(yīng)少于2h。

熱泵機(jī)組性能應(yīng)測(cè)試機(jī)組的熱源側(cè)流量、機(jī)組用戶側(cè)流量、機(jī)組熱源側(cè)進(jìn)出口溫度、機(jī)組用戶側(cè)進(jìn)出口水溫和機(jī)組輸入功率等參數(shù)。機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)記錄應(yīng)同步進(jìn)行，記錄時(shí)間間隔不得大于600s。

系統(tǒng)能效比應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的熱源側(cè)流量、用戶側(cè)流量、熱源側(cè)進(jìn)出口水溫、用戶側(cè)進(jìn)出口水溫、機(jī)組消耗的電量、水泵消耗的電量等參數(shù)。熱泵系統(tǒng)的制冷能效比和制熱性能系數(shù)應(yīng)根據(jù)公式(1)～(5)計(jì)算:

式中:

EERsys-熱泵系統(tǒng)的制冷能效比；

COPsys-熱泵系統(tǒng)的制熱性能系數(shù)；

QSC-系統(tǒng)測(cè)試期間的累計(jì)制冷量（kW·h）；

QSH-系統(tǒng)測(cè)試期間的累計(jì)制熱量（kW·h）；

ΣNi-測(cè)試期間，所有熱泵機(jī)組累計(jì)耗電量（kW·h）；

ΣNj-測(cè)試期間，所有水泵累計(jì)耗電量（kW·h）；

qc(h)i-熱泵系統(tǒng)第i時(shí)段制冷（熱）量（kW·h）；

Vi-系統(tǒng)第i時(shí)段用戶側(cè)的平均流量（m3/h）；

△ti-熱泵系統(tǒng)第i時(shí)段用戶側(cè)進(jìn)出口介質(zhì)的溫差（℃）；

ρi-第i時(shí)段冷（熱）介質(zhì)平均密度（kg/m3）；

ci-第i時(shí)段冷（熱）介質(zhì)平均定壓比熱 [kJ/（kg·℃）]；

△Ti-第i時(shí)段持續(xù)時(shí)間（h）；

n-熱泵系統(tǒng)測(cè)試期間采集數(shù)據(jù)組數(shù)。

2.4 室內(nèi)溫濕度檢測(cè)

2.4.1 檢測(cè)條件

室內(nèi)溫濕度測(cè)試應(yīng)分別與太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)、太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)的測(cè)試同時(shí)進(jìn)行。應(yīng)選取被測(cè)試系統(tǒng)的典型區(qū)域測(cè)試室內(nèi)溫濕度，抽樣測(cè)試的面積不應(yīng)低于被測(cè)試系統(tǒng)的空調(diào)（供暖）區(qū)域的10%。溫濕度測(cè)點(diǎn)應(yīng)在距地面0.7～1.8 m范圍內(nèi)，保證工作空間。溫度、濕度傳感器不應(yīng)受到太陽(yáng)輻射或室內(nèi)熱源的直接影響。

當(dāng)房間使用面積小于16m2時(shí)，應(yīng)設(shè)測(cè)點(diǎn)1個(gè)；當(dāng)房間使用面積大于或等于16m2且小于30m2時(shí)，應(yīng)設(shè)測(cè)點(diǎn)2個(gè)；當(dāng)房間使用面積大于或等于30m2且小于60m2時(shí)，應(yīng)設(shè)測(cè)點(diǎn)3個(gè)；當(dāng)房間使用面積大于或等于60m2且小于100m2時(shí)，應(yīng)設(shè)測(cè)點(diǎn)5個(gè)；當(dāng)房間使用面積大于或等于100m2時(shí)，每增加20～30m2應(yīng)增加一個(gè)測(cè)點(diǎn)。

2.4.2 檢測(cè)方法

室內(nèi)溫度濕度記錄時(shí)間間隔不得大于600s，采樣時(shí)間間隔不得大于10s。室內(nèi)溫度和室內(nèi)相對(duì)濕度應(yīng)取測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值，按標(biāo)準(zhǔn)中式7.0.3-1至7.0.3-4進(jìn)行計(jì)算。

3 編制意義

利用該檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)重慶地區(qū)太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)以及地源熱泵系統(tǒng)的檢測(cè)工作，突破系統(tǒng)檢測(cè)與評(píng)價(jià)的技術(shù)瓶頸，對(duì)于提高可再生能源系統(tǒng)能效，推動(dòng)可再生能源應(yīng)用示范城市的發(fā)展步伐具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

該檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的編制是在結(jié)合重慶地區(qū)實(shí)況的基礎(chǔ)上，針對(duì)本地區(qū)所面臨的可再生能源建筑利用問(wèn)題，融合創(chuàng)新技術(shù)，對(duì)可再生能源進(jìn)行整合，提出太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)以及地源熱泵系統(tǒng)中重要指標(biāo)的檢測(cè)方法。重點(diǎn)解決了:

（1）太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)中集熱系統(tǒng)效率，貯熱水箱熱損系數(shù)以及太陽(yáng)能保證率的測(cè)試方法；

（2）太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換效率的檢測(cè)方法；

（3）地源熱泵系統(tǒng)能效檢測(cè)方法；

（4）末端用戶空調(diào)區(qū)域溫濕度測(cè)試方法和數(shù)據(jù)處理方法。

4 今后要進(jìn)行的主要工作

重慶市作為全國(guó)可再生能源建筑應(yīng)用示范城市之一，有著豐富的地?zé)崮堋⒌乇硭瓤稍偕茉?，隨著可再生能源在建筑中的應(yīng)用不斷增多，繼續(xù)加強(qiáng)重慶市可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目系統(tǒng)能效的規(guī)范化檢測(cè)工作勢(shì)在必行。不同的可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目技術(shù)方案不盡相同，標(biāo)準(zhǔn)中提出各項(xiàng)規(guī)定并不一定全部適用，因此有必要在以后的具體檢測(cè)工作中繼續(xù)研究總結(jié)，進(jìn)一步完善標(biāo)準(zhǔn)。